钴铂合金团簇的结构和电磁性质研究

【摘要】团簇是最低维度的纳米结构材料,其不但展现出纳米材料的奇异性质,并且可以作为纳米材料的基本组装单元,具有广泛的应用前景。从团簇概念的最早提出,人们对团簇的研究已有近40多年的历史,其已成为凝聚态物理、材料物理、化学化工等领域研究的理想体系。目前为止,人们对于单质团簇的研究已比较深入,而二元合金团簇由于其复杂的结构和组份因素,成为阻碍纳米团簇研究的关键。尽管如此,二元合金团簇相比单质团簇的多出了一个组分自由度,使它具有可调的物理性质,更有利于团簇功能化过程中的调节需求。同时,团簇中两种元素原子还会发生相互作用,诱导出许多单质团簇所没有的奇特性质。近年来,随着计算方法和计算硬件水平的飞速发展,开展对二元合金团簇的深入研究成为可能。在二元合金团簇中,CoPt合金团簇得到了人们的广泛关注,这基于铂基二元合金团簇的两个特点：更好的催化优势；特有的磁特性优势。本文采用密度泛函理论(DFT)框架下的广义梯度近似(GGA)和全电子势方法,对Co-Pt合金团簇的结构演化、稳定性、电子结构及磁性进行了系统的研究。为使计算结果更准确,我们在已有二元合金团簇结构构型的基础上,根据团簇的成键规律设计出了大量的初始猜测构型,并对所有的几何构型进行反复优化和计算。通过计算,我们得到了Con-xPtx(n=2-13,38,55)团簇的结构演化规律、电子结构和磁学性质。结果表明：Con-xPtr合金团簇通常采用纯Co团簇的结构构型,但是Co和Pt原子在团簇结构中趋于分块(Pt原子通常占据于结构的表面位置,而Co原子聚集在结构的内部)；团簇的稳定性随团簇尺寸和CO浓度的增加而增强,团簇的稳定性主要来源于键长和配位数的竞争作用；单原子Pt掺杂Co团簇可以稍微地增强Co团簇的稳定性,但随掺杂Pt原子数的增加,团簇的稳定性逐渐减弱；合金团簇的HOMO-LUMO能隙随尺寸或组分浓度的变化而呈现无规律变化,暗示电子结构的闭壳效应对团簇稳定性的贡献非常微弱；团簇中Co和Pt原子始终保持铁磁性耦合,虽然Pt成份的掺入压低了团簇总磁性,但在它们的诱导作用下Co原子的局域磁矩反而得到了不同程度的增强。CoPt团簇具有的Co核-Pt壳结构及其优越的磁性质有助于它们在新型高密度储存材料中的开发应用。
【作者】胡文峰；
【导师】袁宏宽；
【作者基本信息】西南大学，理论物理，2014，硕士
【关键词】CoPt团簇；密度泛函理论；结构演化；稳定性；电子结构；磁性；

【参考文献】
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